JPS5993348A - ダイヤモンドまたはダイヤモンド状被膜を被覆した基材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 イ）発明の目的 本発明は機械的に表面が摺られる用途で使用される耐摩
摺動部品や工具に適する、ダイヤモンド膜もしくはダイ
ヤモンド状膜を被覆した基材を提供するものである。

口）技術の背景 切削工具、耐摩工具並びに各種耐摩摺動部品等に利用さ
れている材料には、工具鋼、高速度鋼や１種以上の炭゛
化物を含み鉄族金属を主体とする結合相を有する超硬合
金更には軸受合金鋼等が利用されている。そして近年は
耐摩耗性向上のためこれらの表面にＴｉＣ。

Ａ４０３等の硬質物質を被覆したいわゆるコーチング工
具が急速に普及しつつある。

特に硬い材料を加工する場合には工具自体の硬さは重要
な性質で１１、最も硬い物質であるダイヤモンドはその
意味では現在も貴重な材料である。

また、ダイヤモンドは摩擦係数が極めて小さく、しかも
その高硬度の故も手伝い摩耗もし難い為、高速で回転す
る部品の軸受け、レコード針、小型精密ベアリング、或
いはメカニカルシフレにも適している。

この様なダイヤモンド製品としては単結晶あるいはダイ
ヤモンド砥粒を金属、他の無機化合物、有機物で固めた
ものが多く用いられているが、これ等はダイヤモンド自
体の原料が高価であシ、これよシ硬いものが無いため難
加工性であるため製造コストも高く、また形状的にも制
約されているのが現状である。

ノリ　発明の開示 本発明者らはダイヤモンドの持つ硬い性質を最大限に生
かす為の工具や耐摩摺動部品の構造と製法について検討
を加えた結果、次の知見を得た。

複雑な形状のものや精密部品にダイヤモンドの硬度を活
用するには気相から被覆することが最も適している。こ
の場合基材の性質として弾性率が高い方が被覆膜の破損
を少くする上で望ましい。そのため基材としては適当な
硬度を有する金属又は金属と硬質無機金属化合物から成
る混合物が適する。該全域としてはＣｏ　、Ｎｉ　　等
が挙げられる。硬質無機金属化合物としてはＩＶａ　、
　Ｖａ　、　Ｖｉａ族の元素の炭化物、窒化物、炭窒化
物、炭酸窒化物、硼化物及びこれらの固溶体であり、そ
の具体例としてはＴｉＣ、ＴａＣ、Ｍｏ□Ｃ、ＷＣ、Ｔ
ｉＮ　、ＮｂＣ、Ｃｒ７Ｃ３，ＨｒＮ。

ＺｒＮ　、ＴａＮ、Ｔ１ＣＮ、ＴｉＢ２．ＴｌＯ２，Ｔ
ｉＢＮ　　等が挙げられる。

しかしながら耐摩耗性が要求されるこれ等の部品や工具
の用途に、単に適当な基材の十にダイヤモンドを気相被
覆するだけでは予測した程の特性を示さない。その理由
は基材とダイヤモンド膜との密着力が不充分なために膜
が剥離してしまうからである。従って本発明に於ては、
ダイヤモンド又はダイヤモンド状膜を基材となる金属や
金属と無機化合物との混合物上に単に蒸着させるだけで
なく、基材の表面に突き刺す様に膜を形成する構造を採
用する。ダイヤモンド状膜は炭化水素のプラズマ中での
分解物を蒸着することによシ得られ、その性質はダイヤ
モンドと酷似している。

該ダイヤモンド（状）膜が実用上充分な耐摩耗性を示す
為には０．０５　ｐｍ　（５００Ｘ　）以上１μ慨以下
の深さに、しかもＬ＋ｗ”につき１、０００箇所以上１
．０００．０００箇所以下の密度で基材へ第１図に示す
様に突出した状態で成長している必要がある。図中、１
が基材、２がダイヤモンド（状）膜である。

基材１に線状に突出した膜２の深さ６が１μｍを超えた
場合も、また突出部の密度が１１１１１１１”当９１．
　ｏ　ｏ　ｏ、　ｏ　ｏ　ｏ箇所を越えた場合でも、基
材の表面部の歪が犬きくなシ、かえって膜が剥離してし
まう。

また被膜の厚み（平均厚み）４が０．５　、、、□よシ
小さければ基材が短時間で露出し易く、逆に２０μｍよ
シ大きければ膜自体がスポールし易いので、膜厚みは実
用上は０．５μｍ以上２０μｍ以下が適当であると判っ
た。

ダイヤモンド又はダイヤモンド状被膜は、炭化水素ガス
を主成分とするガスを用いたＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ
法でも合成可能であるが、発明者らの実験によれば、本
発明の膜構造を得るにはＰＶＤとイオン注入法の組合せ
を採ればよく、中でもイオンビーム蒸着とイオン注入法
の組合せで最も良い結果が得られる。イオン注入の際と
してはＮ、Ａｒ、Ｃ’。

Ｂイオン等が用いられる。

以下実施例により本発明の詳細な説明する。

実施例１ ダイス鋼（ＳＫＤｌｌ）にイオンビームデポジション法
によ＃）６０分で０．８μｍのダイヤモンド被覆を行な
った。この時イオンビームデポジョン藏と同時にＮを１
５０　ＫＶにて　１０１５ｄｏｓｅ／ｚ２．秒の条件下
でイオン注入を行なった。

この試料の蒸着面について走査エネルギーアナライザ（
Ａ、、ｍ、ｓ　）にてＣ，Ｎイオンの侵入深さを測定し
たところ両イオンは基材表面よシｏ４μｍも内部へ注入
されていることが判明した。尚、基材表面をエネルギー
分散型Ｘ線マイクロアナライザー、透過電子顕微鏡（Ｔ
ＥＭ）等を用いて調査したところ、ダイヤモンド膜は１
■２当だｆｉｌ　５０００個のクサビ状の突起を有する
こと、及びその突起は０．５〜０．４μｍの深さで基材
に突出していることが判明した。

さらにクサビ状の突起の効果を確認する為、上記発明品
との比較材として同じダイス鋼にイオン注入を伴なわな
いイオンビームデポジション法を用いて同様のダイヤモ
ンド膜を蒸着し、この両者を比較した。

両者をとすシ摩耗試験に供し、ダイヤモンド層の母材へ
の密着性を測定した結果、本発明品はそのダイヤモンド
膜がすぐれた密着性を示したのに対し、比較品はとすシ
圧力の上昇と共に剥離を生じた。

尚、剥離した比較材についてその表面を観察したところ
クサビ状の突起は観察できなかった。

実施例２ 実施例１と同様にイオンビームデポジション法とイオン
注入法を併用してクサビ状突起を有するダイヤモンド膜
を合成する実験において合成条件を変化させることによ
りタイヤモンド膜厚、クサビ状突起数及び突起長さを変
化させ、それら因子とダイヤモンド膜と基材との密着性
を評価した結果を第１表に示す。

尚、密着性の評価方法としては、下記の条件のこすり合
わせ法を用いた。

第　　１　　表

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のダイヤモンド（状）膜被覆基材の構造
模式図である。 代理人　　内　１）　　明 代理人　　萩　原　亮　− 第１図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　ダイヤモンドまたはダイヤモンド状被膜を被
   覆した基材において、該被膜の厚みが０５μｍ以上２０
   μ惧以下であシ且つ基材と被膜の接合面の１■２当、！
   ｌ）　１．０００箇所以上１、０００．０００箇所以下
   の局部に於いて被膜が基材に楔状に突出しておシ、その
   突出深さが０．０５μ漢以上１μ常以下であることを特
   徴とする、ダイヤモンドまたはダイヤモンド状被膜を被
   覆した基材。
2. （２）基材が超硬合金である特許請求の範囲第１項記載
   のダイヤモンドまたはダイヤモンド状被膜を被覆した基
   材。
3. （３）　　基材にダイヤモンドまたはダイヤモンド状の
   被膜をイオンビーム蒸着法により施すと同時にイオン注
   入を行うことからなる、被膜の厚みが０．５μ等以上２
   ０μｍ以下であ）、且つ基材と被膜の接合面の１　ｆｉ
   ”当ｆｉ１０００ｉ！ｌｉ所以上１．０００．００　Ｑ
   箇所以下の局部において被膜が基材に楔状に突出してお
   り、その突出深さが０．０５μ倶以上１μ惧以下のダイ
   ヤモンドまたはダイヤモンド状被膜を被覆した基材の製
   造法。